自來水的生物處理

自來水的生物處理 (Biological Drinking Water Treatment)
國立臺灣大學環境工程學研究所 吳聖培

自來水是大家日常生活中不可或缺的角色，每天一早起來，打開水龍頭刷牙洗臉、上廁所、洗手，以及犒賞自己辛勞一天的洗澡水。但是，你可有想過自來水是怎麼從源頭處理到可以供民眾使用的嗎？一般而言，在傳統的自來水淨水程序當中，牽涉了許多物理化學反應，但就主體而言，是以化學混凝膠凝、沉澱浮除以及過濾與後續的加氯消毒所構成。而在過濾而言，可依照過濾的濾速分成快濾及慢濾。

整體而言，為了使後續加氯消毒產生較少的消毒副產物(disinfection by-products)，在上述水的處理流程中（圖一）提到各個處理程序必須扮演好自己的功用及角色。消毒副產物，主要是由水中天然有機物與消毒劑反應而生成，這些會與消毒劑起反應的有機物，又稱為前質(precursor)。因此，若以有機物的觀點，在混凝膠凝程序中會添加混凝劑，如硫酸鋁，幫助去除的有機物形成膠羽凝聚。接著，在沉澱浮除程序中將相對較重的膠羽進行沈降去除，或是在水中打細微的汽泡，使相對較輕的膠羽因汽泡的浮力浮至水面後刮除。

圖一 傳統淨水程序之流程圖

在過濾程序中，砂濾的功用主要是去除水體當中的懸浮微粒，由於砂體表面的孔隙會有微生物生長，而微生物在有機物的利用上偏好使用小分子的親水性(hydrophilic)有機物進行生物降解。因此，水處理中的濾床可自然形成一道生物處理程序，以生物降解方式去除水中的有機物。

一般而言，自來水淨水廠在過濾上使用的濾砂為石英砂，但在某些特殊需求時 （例如去除異嗅味），會添加活性碳濾床。活性碳的比面積較大，且非常適合微生物生長。那些上面附著微生物的活性碳濾料，可稱為生物活性碳(biologically active carbon)，利用其高比表面積的特性，可替微生物提供更多的住處，進而更多降解去除水中的有機物，尤其是親水性的有機物。就消毒副產物的生成而言，親水性有機物相較於疏水性有機物易生成毒性較高的消毒副產物。因此，在濾床程序中的微生物，有可能幫助減少用戶端在消毒副產物上的暴露風險。

但在過濾後，部分微生物可能會順著流水流出，為了確保社會大眾能安全使用自來水，消毒(disinfection)成了不可或缺的程序。一方面是去除水體當中可能存在的病原菌；另一方面因氯有氧化能力，可確保水體面對可能的突然污染物時進行氧化，以維持社會大眾使用自來水的安全。最後，在上述處理程序彼此間的互補下，使社會大眾能有健康、安全的自來水可使用。

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